嵌入式系统框架----软件篇

姓名：刘琛  学号：19020100265   学院：电子工程学院

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【嵌牛导读】相关软件的嵌入式系统框架介绍

【嵌牛鼻子】嵌入式系统分为硬件以及软件两大部分，大多数人参与的是嵌入式软件设计，更多的是接触的是上层软件系统部分，可以分为两大类型嵌入式软件应用工程师以及嵌入式驱动工程师。

【嵌牛提问】怎样才能更好地理解嵌入式系统软件部分

【嵌牛正文】

1.overview

图1-1 嵌入式框架图

嵌入式系统分为硬件以及软件两大部分，大多数人参与的是嵌入式软件设计，更多的是接触的是上层软件系统部分，可以分为两大类型嵌入式软件应用工程师以及嵌入式驱动工程师。

前者主要负责 linux APP 设计，负责应用层业务开发，主要具备如下几个专业技能：

      1.熟悉网络编程、TCP/IP协议、IIC、SPI协议

      2.熟悉多线程管理、进程间通信、文件IO操作

      3.了解基本的shell编程

      4.熟悉数据库操作

      5.了解QT或者Android

后者负责驱动开发，更加涉及底层。

      1.熟悉uboot和Linux内核，完成Linux内核裁剪定制以及系统的固件更新

      2.熟悉Linux驱动模型

      3.熟悉ARM架构

      4.熟悉基本的电路原理

歪了歪了，只是做一些基本介绍，明白嵌入式到底干啥，才能更好的去了解嵌入式系统。

2.Uboot

Uboot(universal bootloader（通用的启动代码）)，Uboot属于一段裸机程序，最终的目的是启动内核。历史的发展Uboot的功能也越来越强大。如今的Uboot主要具备如下主要功能：

1.初始化硬件平台，初始化处理器核心接口：时钟、内存、中断、串口...，初始化板级接口：网卡、USB、LCD...（不是说启动内核吗？为什么要初始化硬件呢?后面会说。）

2.提供命令行操作以及一些小工具

      为什么需要有命令行操作，因为内核启动可以传递一些参数，设计者可以在命令行中进行相关操作，同时Uboot还提供tftp、fastboot等小工具，tftp在我们下载文件时会用到，fastboot在刷机时可以用到。而这些小工具都需要硬件支持，所以Uboot中会具有硬件的驱动代码。

3.启动内核。

Uboot官网 <---

3.linux APP

linux APP主要是处于操作系统上层的应用层，通过各种系统调用实现业务要求。比如linux系统中的各种应用（浏览器、播放器、编辑器）都属于linux APP

4.roofs

图1-2 文件系统在系统中的层次关系

文件系统在嵌入式系统中非常重要，玩过STM32操作FLASH的同学就知道了，直接操作FLASH需要注意起始位置，长度，是否换页，加入文件系统之后，我们就有了一种文件路径的概念，更加形象方便。

应用程通过系统调用（SCI）操作虚拟文件系统（VFS），为什么需要VFS，因为linux支持多种文件系统类型，接口个不一定兼容，VFS就是将这些接口进行又一层的封装，消除差异。

说这么多，roofs难道就是一个文件系统？当然不是，roofs称为根文件系统，既然能称为“根”，重要性不言而喻，根文件系统是内核加载后第一个挂载得称为根文件系统，其他文件系统只能挂在在这个文件系统得某个目录（例如插入一个U盘，就会挂载到 /mnt/udisk/ 下）。根文件系统除了存储文件之外，为了系统更好得运行，还会包括一些shell命令工具、应用程序运行所需要的动态库、系统环境变量配置信息以及系统工作信息等。

5.linux kernel

linux kernel（内核）是嵌入式的软件大脑，地位十分重要，主要提供如下几个功能：

1.内存管理

内存管理主要完成的是如何合理有效地管理整个系统的物理内存，同时快速响应内核各个子系统对内存的请求。linux内存管理支持虚拟内存，虚拟内存有助于实现进程内存的独立性和安全性、有助于系统数据共享以及内存的“扩充”（通过SWAP分区实现）

理解linux虚拟内存

2.进程管理

进程管理主要是进程调度，所谓的进程调度，就是在多任务领域，操作系统合理分配单一的CPU资源的过程。进程管理决定了某个进程什么时候等待CPU资源、利用CPU资源以及释放CPU资源。（这些话语只是为了更加明了表达，深入学习进程管理会遇到 单核以及多核处理器、时间片、进程状态转换等概念）

3.进程间通信

由于需要保证单个进程的独立性和安全性，每个进程的内存在虚拟内存中的隔开的，但是由于进程之间的相互协作是不可缺少的（例如微信访问相册），相互协作的基础是信息交流，linux设计基于这种需求，引入内核作为中间交换信息的桥梁，内核提供多种接口提供给进程间通信。

1.无名管道、有名管道

2.消息队列

3.信号量、共享内存

4.信号

5.套接字

4.虚拟文件系统（VFS）

linux支持多种文件系统（ext2、ext3、ext4、xfs、btsfs），各个文件系统的驱动程序各不相同，甚至向上开放给应用程序的接口也不相同，VFS就是为了消除底层差异，将文件系统接口做了层封装，抽象称为虚拟文件系统。

5.网络接口

网络知识深如海，但是却不可或缺，linux内核提供各种常用的网络接口，例如常见的TCP/IP，网络接口提供了各种网络通讯协议和网络驱动设备，进而形成各种网络通讯工具提供给应用层。

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